JP4160784B2 - 垂直磁気ヘッドおよび垂直磁気記録再生装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直記録用磁気ヘッド及び垂直磁気記録再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータ等の情報処理装置の外部記録装置として使用される磁気記録再生装置であるハードディスク装置は、近年大容量化、小型化が要求され続けている。それに伴いハードディスク装置では、主に記録密度の向上で対応を行っている。しかし、従来の長手記録方式を用いて高密度化を行った場合、記録媒体上の記録磁化の磁化転移領域で反磁界が最大となるため記録層厚を薄くする必要があり、その結果熱的な錯乱によって記録されたデータが消えてしまうという問題がある。一方、記録磁化の方向が媒体の膜厚方向である垂直記録方式は、磁化転移領域で反磁界が最小となるため媒体の膜厚を薄くする必要が比較的少なく、高記録密度化を達成しやすい。
【0003】
垂直記録媒体に垂直記録用磁気ヘッドすなわち垂直磁気ヘッドを用いて信号を記録する場合、電気的信号はコイルによって、磁気的信号として変換され、第1の磁極すなわち記録磁極及び第2の磁極すなわち副磁極に磁束が励起される。この磁束は第2の磁極から第1の磁極を通間し、記録媒体の垂直記録層を貫通する。そして、垂直記録層の下層の軟磁性下地層を通り第2の磁極へともどるという閉ループを描く。この際第2の磁極は、第1の磁極から記録媒体の垂直記録層及び軟磁性下地層に生じた磁界を磁気的に効率よく、再び第1の磁極に戻すために用いられる。そしてこのような磁束の流れによって垂直記録媒体上に磁化として信号の記録を行っている。こうした磁気ヘッドについての報告は、日本応用磁気学会誌Vol.24,335−338(2000)にその例が開示されている。
【0004】
磁気記録装置においてデータの書き込みを行う場合、消去、書き込み、照合の3ステップが必要とされる。しかし、ハードディスク装置では消去と同時に書き込みを行うダイレクトオーバーライト方式を採用することで書き込み速度の大幅な向上を図っている。このダイレクトオーバーライト方式を採用する上で重要なことは、古いデータ上に直接新しいデータを上書きした際に、古いデータの消し残り成分が十分に小さいことである。このデータを上書きする際の磁気ヘッドの書き込み性能を示す指標としてオーバーライト消去比があるが、これは古いデータのオーバーライト前後での信号比で表される。
【0005】
また、磁気ディスク装置において、磁気記録媒体に対して垂直記録用磁気ヘッドが記録を行う場合、記録位置での磁気記録媒体の回転方向の接線と磁気ヘッドの第1の磁極すなわち記録磁極の膜厚方向の接線とはある角度(スキュー角)を有し、このスキュー角は磁気記録媒体の半径位置に応じて異なる。スキュー角がついた状態で記録磁極の膜厚が厚い磁気ヘッドで書き込みを行うと、隣接トラックに対しても記録磁界が印加される状態が発生する。この状態が多発されると、隣接トラックの記録磁化において熱減磁が加速されるという問題がある。こうしたヨー角を有した磁気ヘッドに関する問題についての報告は、例えば、「日本応用磁気学会誌,Vol25,591-594(2001)」に示されている。
【0006】
この問題を解決する1つの方法としては、第1の磁極すなわち記録磁極の薄膜化がある。しかしながら、磁気ヘッドにおいて記録磁極の膜厚を薄くすると記録磁界が小さくなるとともに、磁気ヘッドの垂直磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側(リーディング側)の前歴磁化と後縁側(トレーリング側)の磁化転移点との距離が近くなるために、前歴磁化から記録点への干渉によって磁化転移点のずれ(転移点シフト)が生じ、この転移点シフトによってオーバーライト消去比が悪化するという問題がある。こうした、転移シフトによってオーバーライト消去比についての報告は、例えば、IEEE Transaction on Magnetics Vol. 30, No.6, pp.4272(1994)「Relationship between Overwrite and Transition shift in Perpendicular Magnetic Recording」に開示されている。
【0007】
これらの報告に見られるように、垂直磁気ヘッドおよびこれを用いた垂直磁気記録再生装置においては、磁気ヘッドの第1の磁極、すなわち記録磁極の薄膜化に伴うオーバーライト特性劣化の解決が重要な問題として提示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複合型垂直磁気記録用磁気ヘッドすなわち垂直磁気ヘッドにおいて、記録時における良好なオーバーライト特性を実現できる新規な構造の垂直磁気ヘッドを提供し、かつ高密度記録においてオーバーライト特性の優れた垂直磁気記録再生装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記目的を達成するために、第1の磁極と、該第1の磁極に磁気的に結合した第2の磁極と、前記第1の磁極を励磁するコイルと、磁気記録媒体に対向する浮上面とを備えた垂直磁気ヘッドにおいて、 非磁性層により前記第1の磁極および第2の磁極と分離された第3の磁極を前記第1の磁極の前記磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側に設けるようにした。
【0010】
また、記録素子と再生素子とを備えた垂直磁気ヘッドにおいて、前記再生素子は、一対の磁気シールドと、前記一対の磁気シールドの間に配置された磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に電流を印加する一対の電極を有し、前記記録素子は、第1の磁極と、該第1の磁極に磁気的に結合した第2の磁極と、前記第1の磁極を励磁するコイルとを有し、更に、前記第1の磁極の前記磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側に設けられ、かつ非磁性層により前記第1の磁極および第2の磁極と分離された第3の磁極とを有するようにした。
【0011】
さらに、前記第3の磁極は、前記第1の磁極と第2の磁極との間、あるいは、第1の磁極と上部シールドとの間に配置されているようにした。
【0012】
さらにまた、軟磁性下地層と記録層とを備えた磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に対向する浮上面を有する磁気ヘッドと、前記磁気記録媒体を一定方向に回転させる駆動手段を備えた垂直磁気記録再生装置において、前記磁気ヘッドは、第1の磁極と、該第1の磁極に磁気的に結合した第2の磁極と、前記第1の磁極を励磁するコイルとを有し、更に、少なくとも浮上面において、前記第1の磁極の前記磁気記録媒体の回転方向の上流側にに設けられ、かつ非磁性層により前記第1の磁極および第2の磁極と分離された第3の磁極とを有する垂直磁気ヘッドであるようにした。
【0013】
また、前記第1の磁極と第3の磁極の間隔は、前記記録媒体に記録された最長のビット長よりも短いようにした。
【0014】
さらに、前記垂直磁気ヘッドの浮上面における前記第3の磁極のトラック幅方向の長さは、前記第1の磁極のトラック幅方向の長さよりも長い垂直磁気ヘッドであるようにした。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下の図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0016】
(実施例1)
図1〜3には,本発明の第1の実施の形態である垂直記録用磁気ヘッド(以下、垂直磁気ヘッド)の構成を示す。ここで図1は本発明の第1の実施の形態である磁気ヘッドの断面図であり、媒体対向面及び基板面双方の面に対して垂直な面を示している。図2は、本発明の第1の実施の形態である磁気ヘッドの構成を示す平面図であり、媒体対向面に対して垂直で、基板面に対して垂直な面の右側半分を示す。図3は本発明の第1の実施の形態である磁気ヘッドの媒体対向面である。これらの図において11は基板、12は下部シールド、13は磁気抵抗効果膜、14は上部シールドであり、15は第2の磁極すなわち副磁極、16は第1の磁極すなわち記録磁極、17はバックヨーク部、18はコイルであり、19は第1の磁極すなわち記録磁極の磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側、すなわちリーディング側に設けられた第3磁極19である。また、30は記録媒体の垂直記録層、31は軟磁性下地層である。
【0017】
本発明の第1の実施の形態の磁気ヘッドの再生部は下部シールド12、磁気抵抗効果膜13、上部シールド14を含む構成となっている。図示していないが磁気抵抗効果膜13の両脇には磁区制御層や電極が接続される。磁気抵抗効果膜13には、AMR(異方性磁気抵抗効果)膜、GMR(巨大磁気抵抗効果)膜等の磁気抵抗効果を有する膜を用いることができる。また、図示していないが、媒体対向面には保護膜等が形成される。
【0018】
本発明の第1の実施の形態の磁気ヘッドの第3磁極19は、軟磁性膜によって構成される。ここで第3磁極の例としてはNiFeやNiFeN等の良好な軟磁気特性を有する磁性膜やこれらの積層膜が用いられる。この第3の磁極の幅W3(図3参照)は、第1の磁極すなわち記録磁極16の媒体対向面に接する幅W1よりも、広い幅W3を有することにより第3磁極を形状異方性により磁気的に安定にすることができる。また第1の磁極すなわち記録磁極16と第3の磁極19との距離T1は40〜200nmの間で選択されることが望ましい。第1の磁極すなわち記録磁極16と第3の磁極19との間隔T1は後述するが磁界強度の観点で40nm以上が望ましく、かつオーバーライト消去比を向上するために200nm以下が望ましい。このときT1を規定するために、第1の磁極すなわち記録磁極16と第3の磁極19との間には非磁性膜が用いられる。この非磁性膜の例としては、Al2O3、SiO2等の絶縁膜やTa、Cr、Au等の非磁性金属膜が用いられる。また、第1の磁極すなわち記録磁極16には記録層30に対して強い記録磁界を発生させるためにCoNiFeやCoFe等の高い飽和磁束密度を有する磁性膜を用いることが望ましい。同じ理由から、記録媒体の裏打ち軟磁性層31も比較的高い飽和磁束密度を有する磁性膜が望ましい。
【0019】
本実施例1の形態の磁気ヘッドの効果を図6に示す。同図はオーバーライト消去比と記録磁極の膜厚との関係を示すデータである。図に示した例Aは、第3磁極19を有しない従来構造の垂直磁気ヘッドの場合であり、例1は第1の磁極すなわち記録磁極16と第3の磁極19との間隔が100nmの場合であり、例2は記録磁極と第3磁極との間隔が50nmの場合である。図に示すように第3の磁極19の有無に関わらず、記録磁極の膜厚が薄くなるにしたがってオーバーライト消去比は悪化する。しかしながら同一記録磁極膜厚においてオーバーライト消去比を比較すると、第3の磁極19を有する磁気ヘッドを用いた場合の方がオーバーライト消去比は良好である。これは、第3の磁極がシールド的な役割を果たすことで第1の磁極すなわち記録磁極16のリーディング側の前歴信号からトレーリング側の記録点へ生じる磁気的な干渉を低減し,その結果転移点シフトを小さくできることによって,オーバーライト消去比を向上させることができる。また第1の磁極すなわち記録磁極と第3の磁極との間隔が50nmの場合(例1)と100nm(例2)の場合とを比較すると間隔が50nmの方がオーバーライト消去比は良好であり、転移点シフトに起因するオーバーライト消去比の観点では第1の磁極すなわち記録磁極と第3磁極と間隔はこの範囲では近い方すなわち短い方が望ましい。今後高記録密度化によるトラックピッチの増加にともなって、記録磁極の膜厚は薄くなり、オーバーライト消去比は悪化すると考えられるが、第1の磁極すなわち記録磁極と第3の磁極との間隔を狭くすることにより、所定のオーバーライト消去比の目標値を満足する磁気ヘッドを提供することができる。
【0020】
本実施例1の形態の磁気ヘッドの効果を別の観点からみた場合を図7に示す。同図はオーバーライト消去比と前歴信号のビット長との関係を示す図である。図に示す例Bは第3の磁極19を有しない従来構造の垂直磁気ヘッドの場合であり、例3は本発明の垂直磁気ヘッドにおいて第3の磁極19と第1の磁極すなわち記録磁極16との間隔が100nmの場合である。両者とも前歴信号のビット長が長くなるとオーバーライト消去比は悪化する。
【0021】
しかし例3の場合、前歴信号のビット長が第3磁極と第1の磁極すなわち記録磁極との距離より長い100nm以上でのオーバーライト消去比の悪化は非常に小さい。これは、第3磁極によるリーディング側の前歴信号からトレーリング側の記録点へ生じる磁気的な干渉を低減する効果は、第3磁極19直下にある記録磁化および第3磁極に対して磁気記録媒体に対する進行方向の前縁側すなわちリーディング側にある記録磁化に対して大きいことに起因する。したがって第3磁極は、第1の磁極すなわち記録磁極と第3磁極との間隔に対して長いビット長に対して、ビットシフトを低減する効果が大きい。よって、第1の磁極すなわち記録磁極と第3磁極との間隔は、磁気記録媒体上のユーザデータ領域に用いられる最長ビット長に対して短く設定することによってオーバーライト消去比の向上が図れる。また、第3の磁極19の媒体対向面における膜厚はユーザデータ領域に用いられる最長ビット長以上の厚さにすることが望ましい。これは、記録磁極のリーディング側のビットがその1ビット前のビットと第3磁極を通じて磁気的に弱く結合することが望ましいからである。
【0022】
図8に、本発明の第1の実施の形態の磁気ヘッドにおける最大ヘッド磁界強度と第3の磁極と第1の磁極すなわち記録磁極との間隔との関係を示す。同図は、第3の磁極19を有しない従来構造(例C)のヘッドから生じる最大磁界強度で規格化している。図に示すように第3磁極と第1の磁極すなわち記録磁極との間隔T1が200nmから40nm程度までは、磁界強度の低下は5%程度だが、それ以下になると顕著に磁界強度が低下する。したがって、ヘッド磁界強度の観点でT1は40nm以上が望ましい。
【0023】
(実施例2)
本発明の第2の実施の形態の磁気ヘッドの構成を図4および図5に示す。ここで図4はその断面図であり、図5はその媒体対向面である。実施例の磁気ヘッドの再生部位の磁気抵抗効果膜13にはTMR膜(トンネル磁気抵抗効果膜)やGMR膜(巨大磁気抵抗効果膜)が用いられる。ここで、磁気抵抗効果膜から信号の読み出しを行うために電気的に接続される1対の電極は、磁気抵抗効果膜13の膜厚方向の上下両側に接続される。また図示していないが、磁気抵抗効果膜には磁区制御層が接続される。このような再生部を作成した後、軟磁性膜からなる第1の磁極すなわち記録磁極16と、記録磁極と磁気的に結合された副磁極すなわち第2の磁極15と、第1の磁極すなわち記録磁極(以下第1の磁極と記す)および第2の磁極すなわち副磁極(以下第2の磁極と記す)に磁束を発生させるためのコイル等を形成して記録部を作製すことで、磁気ヘッドが作製される。
【0024】
図9(a)〜(d)には本発明の垂直記録用磁気ヘッドの製造工程例を示した図である(ただし、再生部は省略している)。(a)において第2の磁極15、コイル18、コイルを支持するための絶縁膜20およびバックヨーク17を形成した後、ケミカル・メカニカル・ポリッシュ(CMP)を行い平坦化を行ったところを示す。バックヨーク17の材料としてはNiFeを用いた。(b)にイオンミリング法により絶縁膜20に凹凸を形成し、その後スパッタ法を用いて第3磁極19となる磁性膜19を1mm形成し、その後CMPにより平坦化したところ示す。(c)において非磁性膜20および第1の磁極16となる磁性膜をスパッタ法により形成したところを示す。今回は,第1の磁極16とバックヨーク17との間に非磁性膜20が介在しているが、非磁性膜20にイオンミリング法により穴をあけてから、第2の磁極15を形成してもよい。(d)においてコイル18や再生素子の端子を形成したのち(図示していない)媒体対向面を形成することにより、垂直磁気記録用磁気ヘッドを作製することができる。
【0025】
(実施例3)
図10に本発明の第3の実施の形態である垂直磁気ヘッドの媒体対向面を示す。断面図及び平面図は実施例1と同様だが、媒体対向面が異なる。すなわち、図10に示すように、第3の磁極19の第1の磁極側の磁性膜の平坦部は第1の磁極16と同等の幅を有し、第1の磁極から離れるにしたがって第3磁極の膜厚は薄くなっており、このような形状の第3の磁極においても実施例1と同等な効果を有する。この場合、第1の磁極16をイオンミリングにより形成するときに、オーバーミリングを行うことにより非常に簡便に第3の磁極を形成することができる。
【0026】
(実施例4)
図11に本発明の第4の実施の形態である磁気ヘッドの断面図を示す。本実施の形態の磁気ヘッドの第1の磁極16は第2の磁極15と上部シールド14との間に形成され、第3の磁極19は上部シールド14と第1の磁極16との間に形成される。それにともない、バックヨークも第1の磁極16上に形成し、コイル18も絶縁膜を介して第1の磁極16上に形成する。このように、再生部に対して第1の磁極16を接近させることによって、再生部(磁気抵抗効果膜)と第1の磁極16との間隔から生じるパフォーマンスの低下を低減することができる。また狭トラック幅を有する第1の磁極を作製する上で、基板から膜厚方向の距離が大きくなるにしたがって膜面の凹凸が大きくなるため、第1の磁極16を第2の磁極15やコイル18などより早い段階で作製することは有利である。
【0027】
(実施例5)
図12は本発明の第5の実施の形態である磁気ヘッドの断面図である。本実施の形態の磁気ヘッドの第1の磁極16は第2の磁極15と上部シールド14との間に形成される。第3の磁極19は、非磁性膜を介さず上部シールド上に軟磁性膜からなる磁性膜を形成し、イオンミリングを行うことによって得られる。このような形状の第3の磁極においても実施例1と同等な効果を有する。
【0028】
(実施例6)
図13に本発明の第6の実施の形態の磁気ヘッドの断面図を示す。本発明の実施の形態の磁気ヘッドの第1の磁極16は、上部シールド23上に非磁性膜を挟んで形成される。ここで非磁性膜の膜厚を200nm以下にすることで、上部シールド14は第1の磁極16のリーディング側に配置された第3の磁極の役割を果たし、オーバーライト消去比の向上が図れる。また、このような構造にすることで,磁気ヘッドの作製工程が簡単になる。
【0029】
(実施例7)
図14に本発明の第7の実施の形態である磁気ヘッドの断面図及び図15に平面図を示す。図に示すように第1の磁極16とバックヨーク17は、上部ヨーク21を介して磁気的に連結されており、第3磁極19は第1の磁極16より媒体対向面から高い磁極高さを有している。第3磁極19の高さは、最大磁界強度の観点で記録磁極16より小さいことが望ましいが、上部ヨーク21から離すことで、最大磁界強度を低下させることなく第3磁極によりオーバーライト消去比を向上することができる。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、垂直磁気ヘッドの記録磁極のリーディング側に非磁性膜を介して軟磁性膜からなる第3磁極を形成することによって、媒体上の磁化から記録磁極に加わる磁気的干渉を低減しオーバライト特性の劣化を防止することができる。これにより、垂直磁気ヘッドのオーバライト消去比を向上させ、オーバライト特性の劣化を防止した垂直磁気記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図2】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの平面図である。
【図3】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの媒体対向面である。
【図4】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図5】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの媒体対向面である。
【図6】本発明及び従来構造の磁気ヘッドのオーバーライト消去比と記録磁極の膜厚との関係を示す。
【図7】本発明及び従来構造の磁気ヘッドのオーバーライト消去比と前歴信号のビット長との関係を示す。
【図8】本発明の最大ヘッド磁界強度と記録磁極と第3磁極との間隔との関係を示す。
【図9】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの製造方法の概略図である。
【図10】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの媒体対向面である。
【図11】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図12】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図13】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図14】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの断面図である。
【図15】本発明の実施の形態における磁気ヘッドの平面図である。
【符号の説明】
11…基板、12…下部シールド、13…磁気抵抗効果膜、14…上部シールド、15…第2の磁極すなわち副磁極、16…第1の磁極すなわち記録磁極、
17…バックヨーク、18…コイル、19…第3の磁極、20…非磁性膜、
21…上部ヨーク、22…電極、23…上部シールド兼第3の磁極
30…垂直記録層、31…軟磁性下地層。
Claims (11)
- 記録素子と再生素子とを備え、前記記録素子と再生素子とを磁気記録媒体に対して対向させる浮上面を有し、
前記再生素子は、
上部シールド及び下部シールドからなる一対の磁気シールドと、前記一対の磁気シールドの間に配置された磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に電流を印加する一対の電極を有し、
前記記録素子は、
第1の磁極と、該第1の磁極に磁気的に結合した第2の磁極と、前記第1の磁極を励磁するコイルとを有し、更に、前記第1の磁極のリーディング側に設けられた第3の磁極とを有し、該第3の磁極は非磁性層により前記第1の磁極および第2の磁極と磁気的に分離されていることを特徴とする垂直磁気ヘッド。 - 請求項1に記載の垂直磁気ヘッドにおいて、前記第3の磁極は、前記第1の磁極と第2の磁極の間に配置されていることを特徴とする垂直磁気ヘッド。
- 請求項1に記載の垂直磁気ヘッドにおいて、前記第2の磁極は前記第1の磁極のリーディング側と反対の側に設けられ、前記第3の磁極は、前記第1の磁極と前記上部シールドの間に配置されていることを特徴とする垂直磁気ヘッド。
- 請求項1に記載の垂直磁気ヘッドにおいて、前記第3の磁極、前記第2の磁極、および前記上部シールドが,前記第1の磁極のリーディング側に、この記載の順序で設けられていることを特徴とする垂直磁気ヘッド。
- 請求項1に記載の磁気ヘッドにおいて、前記第2の磁極は前記第1の磁極のリーディング側と反対の側に設けられ、かつ、前記上部シールドは前記第3の磁極を兼用する膜として形成されていることを特徴とする垂直磁気ヘッド。
- 請求項1に記載の垂直磁気ヘッドにおいて、前記第1の磁極と前記第3の磁極の間隔は40nmから200nmの範囲内であることを特徴とする垂直磁気ヘッド。
- 軟磁性下地層と記録層とを備えた磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に対向する浮上面を有する磁気ヘッドと、前記磁気記録媒体を一定方向に回転させる駆動手段を備えた垂直磁気記録再生装置において、
前記磁気ヘッドは、
第1の磁極と、該第1の磁極に磁気的に結合した第2の磁極と、前記第1の磁極を励磁するコイルとを有し、更に、少なくとも浮上面において、前記第1の磁極の前記磁気記録媒体の回転方向の上流側に設けられた第3の磁極とを有し、該第3の磁極は非磁性層により前記第1の磁極および第2の磁極と磁気的に分離された垂直磁気ヘッドであることを特徴とする垂直磁気記録再生装置。 - 請求項7に記載の垂直磁気記録再生装置において、前記垂直磁気ヘッドの前記第3の磁極は、前記第1の磁極と前記第2の磁極の間に配置されていることを特徴とする垂直磁気ヘッドであることを特徴とする垂直磁気記録再生装置。
- 請求項7に記載の垂直磁気記録再生装置において、前記垂直磁気ヘッドは前記上部シールドが前記第3の磁極を兼用する膜として形成されている垂直磁気ヘッドであることを特徴とする垂直磁気記録再生装置。
- 請求項7に記載の垂直磁気記録再生装置において、前記垂直磁気ヘッドは前記第1の磁極と前記第3の磁極の間隔が、前記記録媒体に記録された最長のビット長よりも短い垂直磁気ヘッドであることを特徴とする垂直磁気記録再生装置。
- 請求項7に記載の垂直磁気記録再生装置において、前記垂直磁気ヘッドは前記浮上面における前記第3の磁極のトラック幅方向の長さが、前記第1の磁極のトラック幅方向の長さよりも長い垂直磁気ヘッドであることを特徴とする垂直磁気記録再生装置。
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